[論文レビュー] Unifying disc-jet behaviour in X-ray binaries: an optical/IR approach

D. M. Russell, D. Maitra+2 more|ArXiv.org|Nov 18, 2008

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、光学・赤外線（OIR）色mag図を用いて、X線連星における円盤・ジェット行動を統一的に解明した。加熱された単一温度ブラックボディモデルは、OIR色mag図の傾向を良好に再現でき、赤くなる色のずれはジェット支配を示し、OIRモニタリングのみからX線および電波特性を予測可能である。

ABSTRACT

Synchrotron emission from jets produced by X-ray binaries can be detected at optical and infrared (IR) frequencies. I show that optical/IR colour-magnitude diagrams of the outbursts of nine X-ray binaries successfully separate thermal disc emission from non-thermal jet emission, in both black hole and neutron star sources. A heated single-temperature blackbody is able to reproduce the observed relations between colour and magnitude, except when excursions are made to a redder colour than expected, which is due to jet emission. The general picture that is developed is then incorporated into the unified picture of disc-jet behaviour in black hole X-ray binaries. At a given position of a source in the X-ray hardness-intensity diagram, the radio, IR and optical properties can be inferred. Similarly, it is possible to predict the X-ray and radio luminosities and spectral states from optical/IR monitoring.

研究の動機と目的

• 光学および赤外線（OIR）色mag図を用いて、X線連星における熱的円盤放射と非熱的ジェット放射を分離すること。
• 出発期に観測されたOIR色mag関係を再現できるかどうかを検証するため、加熱された単一温度ブラックボディモデルをテストすること。
• OIR特性とX線／電波放射の縦断的光度およびスペクトル状態との相関関係を確立すること。
• OIR色の変化が、特に硬状態から軟状態、および軟状態から硬状態へのX線状態遷移を示すかどうかを特定すること。
• 中性子星およびブラックホールX線連星におけるジェット放射の役割を評価すること、特に小さな、明るさが弱い円盤を示す系において特に注目すること。

提案手法

• 出発期に9つの低質量X線連星（LMXBs）の光学および赤外線フラックスを収集し、文献およびヤール大学1.0m望遠鏡、フォルクス望遠鏡北および南を用いた新規モニタリング計画から得たデータを統合した。
• OIRフラックスおよび色の変化を追跡するために、光学／赤外線色mag図（CMDs）を構築した。
• 熱的円盤放射を模擬するために、一定面積を仮定し、粘性およびX線照射による加熱を想定した単一温度ブラックボディモデルを適用した。
• ジェットからの非相対論的シンチロトロン放射を表すスペクトル指数α ≈ –0.7を用い、観測されたOIR変動性およびスペクトル形状と整合した。
• 観測されたCMDとモデル予測を比較し、赤くなる色のずれをジェット支配の指標として特定した。
• X線の硬さ-光度図（HID）とOIR行動を相関させ、多波長結合を推定し、OIRモニタリングのみから電波、X線、OIR光度を予測できるようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学および赤外線色mag図は、X線連星における熱的円盤放射と非熱的ジェット放射を効果的に分離できるか？
• RQ2 加熱された単一温度ブラックボディモデルは、LMXB出発期の観測されたOIR色mag傾向をどの程度再現できるか？
• RQ3 一時的ブラックホールおよび中性子星X線連星において、OIR色およびフラックスはX線および電波光度およびスペクトル状態とどのように相関するか？
• RQ4 OIR色の変化は、X線状態遷移（特に硬状態から軟状態、および軟状態から硬状態への遷移）を示すか？
• RQ5 小さな、明るさが弱い降着円盤を示す系において、ジェット放射が顕著に現れるか？特に中性子星X線連星において。

主な発見

• 光学および赤外線色mag図は、9つのLMXBにおいて熱的円盤放射と非熱的ジェット放射を効果的に分離でき、赤くなる色のずれはジェット支配を示している。
• 加熱された単一温度ブラックボディモデルは、ジェット支配段階を除き、すべての系で観測された色mag傾向を正確に再現した。
• ジェット放射は、軌道周期が短く、降着円盤が小さく明るさが弱い系で、光学および赤外線で支配的である。
• OIR色は、軟X線状態における冷却降着円盤と整合的であるが、同じ光度レベルで赤くなる色はジェット寄与を示している。
• 電波、赤外線、光学放射はX線光度と相関しており、OIRモニタリングのみから広帯域特性を予測可能である。
• X線状態遷移はOIR色の変化によって特定可能であり、硬状態では同じ光度レベルでOIRスペクトルが赤くなり、軟状態では青くなる。